EP0607999A2 - Verfahren zur Kühlung der Welle eines Zahnradpumpen-Rotors - Google Patents

Verfahren zur Kühlung der Welle eines Zahnradpumpen-Rotors Download PDF

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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/60—Shafts

Definitions

  • the present invention relates to a method for cooling the shaft of a gear pump rotor according to the preamble of claim 1, a gear pump rotor according to that of claim 3 and a gear pump according to that of claim 7.
  • Wave cooling is usually extremely simple.
  • the shaft 3 has an axial bore 5, which passes through both bearing areas on the projecting shaft sections 7 and the shaft area 7 v in the toothing area.
  • the toothing region 7 v is understood to mean the region of the rotor shaft which lies radially below the toothing, regardless of whether the gear wheel and shaft are formed in one or more parts.
  • a deflection tube 11 projects into the axial bore 5, almost to the one-sided bore end 9.
  • the cooling medium is fed to the deflection tube 11 via a rotary seal connection (not shown), flows through this tube axially, and is deflected radially at the end of the tube 11, axially, in counterflow to flow back again or vice versa.
  • the cooling medium absorbs or releases heat along its flow path.
  • DE-A-42 11 516 reference is made to DE-A-42 11 516.
  • a major disadvantage of this cooling procedure is that the shaft 7, 7 v is cooled indiscriminately up to the cooling medium temperature that rises over the length of the bore and up to the various radial heat flows that normally flow out of the bearing and toothing areas. This can lead to a cooling effect in the region of the toothing 13, which results in an undesirably large drop in the temperature level in the tooth base.
  • this is achieved in a preferred manner by creating gas, in particular air insulation in the toothing area 7 v and / or solid-state insulation and / or reducing the cooling medium contact area in the toothing area per axial expansion unit is compared to the mentioned contact surface on wave areas to be cooled.
  • a casing tube 15 is fitted into the bore 5, which ensures a good thermal transition, in particular on shaft areas to be cooled, with its outer wall , bears against the wall of the bore 5.
  • the outer diameter of the casing tube 15 is reduced in the toothing region 7 v , whereby an annular groove 17 is formed in this outer wall.
  • the heat conduction mentioned is reduced in the toothing area 7 v by providing a solid-state insulator 21 on a jacket pipe 15a, in the toothing area 7 v , be it, as shown, by realizing a jacket pipe wall section from a temperature-resistant insulation material or be it through an inner and / or outer wall coating or covering of the casing tube with such a material.
  • the surface is enlarged, for example, a jacket tube 15b to be cooled wavebands 7 per axial extension unit, for example by providing a Nutungsmusters 23 in these sections, in contrast to the formation of the jacket tube inner surface v as a smooth cylindrical surface in the gear portion 7.
  • a thermal solid-state insulator 21a in the toothing area, possibly even, as an alternative or in addition, according to the outer diameter of the casing tube 15b to reduce the embodiment of FIG. 2 in order to keep the cooling in the toothing area optimally low.

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Abstract

Um zu verhindern, dass bei einer Wellenkühlung die Verzahnung unzulässig gekühlt wird, wird im Verzahnungsbereich (7v) der Welle der radiale Wärmestrom, beispielsweise durch eine Isolationsluftkammer (19), gegenüber dem Wärmestrom in zu kühlenden Wellenbereichen (7) reduziert. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung der Welle eines Zahnradpumpen-Rotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Zahnradpumpen-Rotor nach demjenigen von Anspruch 3 sowie eine Zahnradpumpe nach demjenigen von Anspruch 7.
  • In vielen Anwendungsfällen von Zahnradpumpen ist es aufgrund der rheologischen Eigenschaften des Schmiermediums, insbesondere bei Einsatz von Fördermedium als Schmiermedium von Gleitlagern der Rotoren, zweckmässig, eine Wellenkühlung vorzusehen bzw. eine Schmiermediumskühlung, um damit die in den Lagern, insbesondere Gleitlagern, erzeugte Wärme abzuführen. Damit wird eine niedrigere Lagertemperatur erreicht.
  • Ueblicherweise ist eine Wellenkühlung ausserordentlich einfach aufgebaut. Wie in Fig. 1, welche einen vereinfachten Axialschnitt durch einen bekannten Zahnradpumpen-Rotor 1 zeigt, dargestellt, besitzt die Welle 3 eine axiale Bohrung 5, welche beide Lagerbereiche an den vorragenden Wellenabschnitten 7 wie auch den Wellenbereich 7v im Verzahnungsbereich passiert. Als Verzahnungsbereich 7v wird im folgenden der Bereich der Rotorwelle verstanden, welcher radial unter der Verzahnung liegt, unabhängig davon, ob Zahnrad und Welle ein- oder mehrteilig ausgebildet sind.
  • In die axiale Bohrung 5 ragt, fast bis zum einseitigen Bohrungsende 9, ein Umlenkrohr 11. Ueber einen nicht dargestellten Drehdichtungsanschluss wird das Kühlmedium dem Umlenkrohr 11 zugeführt, durchströmt dieses Rohr axial, wird am Ende des Rohres 11 radial umgelenkt, um axial, im Gegenstrom, wieder rückzufliessen oder umgekehrt. Je nach Vorzeichen der Temperaturdifferenz nimmt das Kühlmedium auf seinem Strömungspfad Wärme auf bzw. gibt Wärme ab. Diesbezüglich wird auf die DE-A-42 11 516 verwiesen.
  • Ein wesentlicher Nachteil bei diesem Kühlvorgehen besteht darin, dass die Welle 7, 7v, bis auf die über die Bohrungslänge ansteigende Kühlmediumstemperatur und bis auf die normalerweise aus den Lager- und Verzahnungsbereichen abfliessenden, verschiedenen radialen Wärmeströme, unterschiedslos gekühlt wird. Dies kann zu einem Kühleffekt im Bereiche der Verzahnung 13 führen, der eine unerwünscht starke Absenkung des Temperaturniveaus im Zahngrund zur Folge hat.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu beheben.
  • Dies wird mit einem Kühlverfahren eingangs genannter Art erreicht, welches sich nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 auszeichnet.
  • Dadurch, dass im Verzahnungsbereich 7v der Welle 7 gemäss Fig. 1, nun aber erfindungsgemäss, eine geringere Wärmeleitung zum Kühlmedium pro Axialausdehnungseinheit, und betrachtet auf gleichen Zylinderflächen, erstellt wird als in zu kühlenden Wellenbereichen, insbesondere Lagerbereichen, wird erreicht, dass die erwähnte nachteilige Verzahnungskühlung massgeblich reduziert wird, ohne den erwünschten Kühleffekt, insbesondere in Lagerbereichen, zu beeinflussen.
  • Dem Wortlaut von Anspruch 2 folgend, wird dies in bevorzugter Art und Weise dadurch erreicht, dass eine Gas-, insbesondere Luftisolation im Verzahnungsbereich 7v und/oder eine Festkörperisolation erstellt wird und/oder die Kühlmediums-Kontaktfläche im Verzahnungsbereich pro Axialausdehnungseinheit verringert wird gegenüber der erwähnten Kontaktfläche an gewollt zu kühlenden Wellenbereichen.
  • An einem Zahnradpumpen-Rotor eingangs genannter Art wird die der vorliegenden Erfindung zugrundegelegte Aufgabe durch dessen Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 3 erreicht.
  • Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Zahnradpumpen-Rotors sind in den Ansprüchen 4 bis 6 spezifiziert, wobei die erfindungsgemäss bevorzugte Realisationsform einer geringeren radialen Wärmeleitung nach Anspruch 3 sich je durch die in den Ansprüchen 4 bis 6 spezifizierten Massnahmen oder Kombinationen mindestens zweier dieser Massnahmen realisieren lässt.
  • Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine bekannte Wellenkühlung;
    Fig. 2
    einen Ausschnitt in Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 1 einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Zahnradpumpen-Rotors zur Realisation des erfindungsgemässen Verfahrens in einer ersten Variante;
    Fig. 3
    in Darstellung analog zu Fig. 2, einen erfindungsgemässen Rotor in einer zweiten Variante bzw. eine zweite Variante zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
    Fig. 4
    eine dritte Variante des erfindungsgemässen Zahnradpumpen-Rotors bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens.
  • Gemäss Fig. 2, worin, wie auch im folgenden, für dieselben Teile dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 gewählt sind, ist in die Bohrung 5 ein Mantelrohr 15 eingepasst, welches insbesondere an zu kühlenden Wellenbereichen mit seiner Aussenwandung, einen guten thermischen Uebergang sichernd, an der Wandung der Bohrung 5 anliegt. Der Aussendurchmesser des Mantelrohres 15 ist im Verzahnungsbereich 7v verringert, womit in dieser Aussenwandung eine ringförmige Nut 17 gebildet wird. Diese bildet mit der Wandung der Bohrung 5 eine ringförmige Luftkammer 19, welche eine wesentlich geringere Wärmeleitung pro Axialausdehnungseinheit zwischen Welle und Kühlmedium im Verzahnungsbereich 7v sicherstellt als an zu kühlenden Bereichen, betrachtet auf denselben Zylinderflächen Z, deren eine in Fig. 2 beispielsweise eingetragen ist.
  • Gemäss Fig. 3 wird erfindungsgemäss im Verzahnungsbereich 7v die erwähnte Wärmeleitung dadurch reduziert, dass an einem Mantelrohr 15a, im Verzahnungsbereich 7v, ein Festkörperisolator 21 vorgesehen ist, sei dies, wie dargestellt, durch Realisation eines Mantelrohr-Wandungsabschnittes aus einem temperaturfesten Isolationsmaterial oder sei dies durch eine Innen- und/oder Aussenwandbeschichtung oder -belegung des Mantelrohres mit einem derartigen Material.
  • Bei der Variante gemäss Fig. 4 ist die Oberfläche beispielsweise eines Mantelrohres 15b in zu kühlenden Wellenbereichen 7 pro axiale Ausdehnungseinheit vergrössert, beispielsweise durch Vorsehen eines Nutungsmusters 23 in diesen Abschnitten, im Gegensatz zur Ausbildung der Mantelrohr-Innenfläche als glatte Zylinderfläche im Verzahnungsbereich 7v. Wie aus Fig. 4 ohne weiteres ersichtlich und gestrichelt bei 21a dargestellt, ist es ohne weiteres möglich, Vorsehen vergrösserter Kontaktflächen zum Kühlmedium hin an zu kühlenden Wellenbereichen mit Vorsehen eines thermischen Festkörperisolators 21a im Verzahnungsbereich zu kombinieren, gegebenenfalls sogar, als Alternative oder zusätzlich, den Aussendurchmesser des Mantelrohres 15b gemäss der Ausführung von Fig. 2 zu reduzieren, um die Kühlung im Verzahnungsbereich optimal gering zu halten.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Kühlung der Welle (7, 7v) eines Zahnradpumpen-Rotors (1), bei dem ein Kühlmedium axial durch die Welle getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich (7v) der Welle (1) eine geringere Wärmeleitung zum Kühlmedium pro Axialausdehnungseinheit erstellt wird als in übrigen zu kühlenden Wellenbereichen (7), betrachtet durch gleiche Zylinderflächen (Z) an den Bereichen (7, 7v).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geringere Wärmeleitung durch Vorsehen einer Gasisolation, insbesondere Luftisolation (19), und/oder einer Festkörperisolation (21, 21a) und/oder durch Verringerung der Kühlmediums-Kontaktfläche erreicht wird.
  3. Zahnradpumpen-Rotor mit einem Verzahnungsbereich (7v) und, diesbezüglich vorragend, einer Lagerwelle, die eine axiale Kanalanordnung (5, 9, 11) für ein Kühlmedium aufweist, welche sich durch den Verzahnungsbereich (7v) der Welle (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsbereich (7v), pro axiale Ausdehnungseinheit der Welle (7, 7v), eine geringere radiale Wärmeleitung aufweist als zu kühlende Wellenbereiche (7), betrachtet bezüglich gleicher Zylinderflächen an den Bereichen (7, 7v).
  4. Zahnradpumpen-Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich (7v) die Kanalanordnungs-Oberfläche pro genannte Einheit geringer ist, als sie (23) in zu kühlenden Wellenbereichen (7) ist.
  5. Rotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich (7v) eine ringförmige Gaskammer (19) vorgesehen ist, die vorzugsweise durch ein axial in eine Axialbohrung (5) eingelassenes Rohr mit Aussennut (19) im Verzahnungsbereich (7v) realisiert ist.
  6. Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich (7v) ein ringförmiger Einsatz (21, 21a) vorgesehen ist, dessen radiale Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit eines entsprechenden Ringes, betrachtet an zu kühlenden Wellenabschnitten (7).
  7. Zahnradpumpe mit zwei Rotoren, deren mindestens einer nach einem der Ansprüche 3 bis 6 ausgebildet ist.
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